PROSES PEMOTONGAN LOGAM DENGAN MESIN

( MACHINING )

DASAR-DASAR PEMOTONGAN LOGAM

Metode machining ( Permesinan)

Proses pemotongan logam dilakukan pada mesin perkakas ( machine tool) melalui berbagai macam alat potong ( cutting tool ) dalam proses permesinan , gerakan kerja diberikan kepada benda kerja dan alat potong sesuai dengan mekanisme mesin perkakas, dimana antara benda kerja dan alat potong mempunyai pergerakan sendiri-sendiri.

Macam Gerakan kerja pada proses permesinan:

1. Gerakan pemotongan primer ( primary cutting motion) yang mempunyai kecepatan yang lebih tinggi dibanding gerakan pemotongan lainnya.

2. Gerakan Pemakanan ( feed motion) yang mempunyai kecepatan lebih rendah dibanding gerakan pemotongan primer.

Metode proses permesinan yang paling banyak adalah

1. Turning ( pembubutan )

2. Drilling ( penggurdian)

3. Milling ( pemotongan fris )

4. Planning ( serut )

5. Grinding ( penggerindaan)

1. Turning

Dilakukan pada mesin perkakas jenis mesin bubut ( lathe)

Disisni gerakan pemotongan primer ( v ) dalam bentuk gerakan putar diberikan pada benda kerja, dan gerakan pemakanan ( s ) sepanjang sumbu benda kerja diberikan pada alat potong dalam hal ini alat potong jenis a single point lathe tool ( gambar 1 a)

1. Drilling

Dilakukan pada mesin gurdi ( drilling machine)

Disisni gerakan pemotongan primer ( v ) dalam bentuk gerakan putar dan gerakan pemakanan ( s ) berupa gerakan lurus sepanjang sumbu benda kerja diberikan pada alat potong dalam hal ini alat potong jenis drill ( gambar 1 b )

Gambar 1

3.Milling

Dilakukan pada mesin perkakas jenis mesin fris ( milling machine ) .

Disisni gerakan pemotongan primer ( v ) dalam bentuk gerakan putar diberikan pada alat potong dalam ini disebut milling cutter dan gerakan pemakanan ( s ) berupa gerakan lurus diberikan pada benda kerja ( gambar 1 c )

4. Shaping/ Planing

Dilakukan pada mesin perkakas jenis mesin ketam (sekrap)dan mesen serut (shaping/ planning machine )

Pada shaping, gerakan pemotongan primer ( v ) dalam bentuk gerakan lurus bolak-balik ( reciprocating) diberikan pada alat potong dalam ini single point tool dan gerakan pemakanan ( s ) berupa gerakan lurus dan pereodik ( rectilinear and intermittent diberikan pada benda kerja ( gambar 1 d).

Pada planing gerakan kerja sama dengan shaping, hanya yang diberikan merupakan kebalikan kebalikan dari shaping ( gambar 1 e)

Gambar 1

5.Grinding

Dilakukan pada grinding maching dari beberapa type.

Gerakan pemotongan primer ( v ) berupa gerakan putar diberikan pada alat potong dalam hal ini grinding wheel. Gerakan pemakanan ( s ) berupa gerakan putar dan bolak-balik diberikan pada benda kerja pada external cylidercal grinding ( gambar 1 f*).

Pada surface grinding gerakan pemakanan berupa longitudinal reciprocating diberikan pada benda kerja , dan cross feed motion s diberikan pada grinding wheel.

Paremeter yang penting pada proses pemotong.

Proses Turning

Kondisi pemotongan dipengaruhi oleh terutama:

1. Cutting speed ( V)

2. Feed ( s)

3. Depth of cut ( t)

4. Undeformed chip cross sectionhip ( width and thickness of undeformed chip (f)

5. Piece atau siklus

6. Time and machining time ( menit)

Cutting speed (V )

Jarak yang ditempuh oleh permukaan benda kerja didalam suatu unit waktu didalam refernsi dari ujung mata potong pahat.

Formula:

V =πDn1000

m/menit

D= diameter permukaan benda kerja ( mm)

n= kecepatan putar benda kerja ( rpm )

The Feed (s) : gerakan ujung alat potong per putaran benda kerja ( bisa ekspresikan dalam millimeter per putaran ( mm/revolution)

The depth of cut ( t ) : diukur dalam suatu arah tegak lurus terhadap sumbu benda kerja pada satu tahap pembubutan

Formula :

t = D−d

2 mm

D = diameter permukaan benda kerja

d = diameter permukaan setelah dipotong

The undeformed chip cross section ( f)

Luas penampang chip ( hasil pemotongan )

Formula : f= st mm2

The machining time ( Cutting time)

Waktu pemotongan yang nyata ( actual ) dikerjakan.

Formula

Tm= Lisn menit

L = pajang gerakan pahat searah feed ( mm)

i = jumlah pass ( tahapan)

s = tool feed ( mm/rev

n = speed dari benda kerja rpm

L = panjang langkan pahat sesungguhnya

L = l1 + l2 + l3

l2 = t cos φ

l3 = over trevel pahat diperkiran = 1 –3 mm

The Handling Time : waktu yang diperlukan oleh operator untuk memenuhi keperluan lain selain proses machining sesungguhnya.

Tp = Tm + Th + Ts + Tf

Tm = machining time

Th = handling time

Ts = serving time

Tf = waktu yang dibutuhlan operator untuk istirahat

Hourly output = A = 60Tp

pcs / hr

Gaya Yang Terjadi Saat Turning

Pada saat proses turning pahat ditekan ke permukaan benda kerja dengan gaya sebesar P. Gaya P ini dapat diuraikan kearah tiga sumbu menjadi Px, Py, Pz.

Px merupakan komponen gaya yang horizontal sejajar dengan sumbu benda kerja yang disebut axial force ( feeed force)

Py merupakan komponen gaya yang horizontal sepanjang radius benda kerja yang disebut gaya radial ( radial force)

Pz merupakan komponen gaya yang membentuk bidang vertical pada permukaan potong, searah gerakan pemotongan primer ( V ) yang disebut tangensial atau gaya pemotongan ( the cutting force )

i

Resoltant ketiga komponen gaya tersebut dapat dihitung dengan formula:

P = ( Px2 + Py

2 +Pz2 )1/2

Dari perhitungan impiris ada besaran ratio antara Px dan Py dengan Pz dengan suatu besaran ratio :

Px/ Pz = 0,3 dan Py/Pz =0,4

Besarnya torsi pada saat turning dapat dihitung dengan formula:

Mt = PzD/2 ( Kg mm )

Besarnya daya yang diperlukan untuk proses turning dapat dihitung dengan perhitungan impiris:

Daya ( N ) = Pz V ( Kg M/menit )

= PzV / 60. 75 ( HP )

= PzV/60. 102 ( KWatt)

Dimana:

Pz = K t s m

K = Cutting Coefisien yang besarnya tergantung pada bahan benda kerja ( contoh untuk baja lunak K = 136 )

t = tebal pemotongan ( mm )

s = feed ( mm / putaran )

m = exponent bahan ( 0, 7 untuk baja )

Daya sebenarnya yang harus disupply oleh mesin

Nm = N / ùmt ùmt = efisiensi dari mesin perkakas

Panas yang dihasilkan pada saat turning

Akibat adanya gesekan antara permukaan pahat dengan benda kerja akan timbul panas

Besarnya daya pemotongan tergantung dari besarnya gaya Pz dan cutting speed V.

Daya ( N ) = Pz V ( Kg m/menit )

Jumlah panas yang dibangkitkan setiap unit waktu dapat dihitung :

Panas ( Q ) = N/ 427 ( Kcal / menit)

= PzV/427 ( Kcal/menit )

Panas ini terdistribusikan ke benda kerja , chip dan alat potong.

Type Chip:

Tiga type chip yang dihasilkan dari proses machining pada berbagai macam logam adalah: continous, , sheared dan discontinuous ( segmental ) chip.

g

1. A continous,chip ( a ) dibentuk dari proses machining pada logam yang bersifat soft ductile ( low carbon steel, Cu, Al , Pb dsb)

2. A sheared chip ( b ) dibentuk dari proses machining pada logam yang bersifat less ductile ( high carbon steel ) dengan heavy feed ( large chip thickness)

3. A discontinuous ( segmental ) chip. ( c )terdiri dari pemisahan partikel logam dengan bentuk tak teratur dan dibentuk dari proses machining pada logam yang bersifat brittle seperti cast iron dan bronze.

Cara Kerja Mesin Bubut

Sekitar 50% dari operasi mesin perkakas di dalam engineering plan menggunakan mesin bubut.

Ditinjau dari penggunaan, jumlah tool,, mekanisme, desain dan factor lainnya mesin bubut diklasifikasikan:

1. Single tool engine lathes

2. Multiple tool lathes.

3. Turret lathes

4. Vertical turret lathes

5. Semi automatic and automatic lathes

6. Special porpose lathe

Bagian-bagian utama dari mesin bubut adalah: bed, head stock , tail stock, tailstock,

Bagian-Bagian Utama Mesin Bubut

1. Main Drive

Terdiri dari : motor(1), belt drive(2), speed gear box (3)dan spindle(4)

Stepped spindle speed variation.

Putaran spindle bisa diatur menjadi beberapa tingkat kecepatan n1, n2, n3 dst yang tergantung dari posisi gear mana yang tersambung, dengan jumlah tingkat kecepatan direncanakan 3, 4, 6, 8, 12, 16 dan 24

Contoh untuk 3 tingkat kecepatan: Bila putaran poros I-I direncanakan n0

sehingga:

N1 = n0 Z1 / Z4 n2 = n0 Z2 / Z5 dan n3 = Z3/Z6

Dimana Z1 / Z4 dst = gearing ratio yang merupakan perbandingan jumlah gigi dari gear

2. Feed drive

Feed drive berfungsi untuk mentranfer daya dari spindle ke carriage yang merupakan mekanisme untuk merubah gerakan putar spindle menjadi gerakan lurus pada alat potong.

Feed drive terdiri dari

1. Reversing mechanism

2. Change gear quadrant

3. Quick change gear box

4. Lead screw

5. Feed rod

6. Apron

Reversing mechanism

Reversing mechanism berfungsi sebagai mekanisme pembalik putaran untuk merubah arah putaran lead screw atau feed rod, sehingga carriage dengan cutting toolnya bergerak gearah kanan atau kiri

Change gear quadrant

Change gear quadrant berfungsi untuk meningkatkan putaran lead screw atau feeed rod

Quick change gear box

Quick change gear box berfungsi untuk mengatur besarnya gerakan makan ( feed motion ) untuk membubut atau membuat ulir

Apron

Apron merupakan mekanisme perubahan gerakan putar dari lead screw dan feed rod menjadi gerakan lurus dari carriage.

1 lead crew

2 feed rod

Single Point Tool

Bagian-bagian dari a single point tool

A single point tool terdiri dari : point ( ujung ) A dan shank B yang di clamp pada suatu tool post.

Point terdiri dari face ( 1) , side flank ( 2), end flank ( 3 ) dan base ( 4 )

Single point tool yang digunakan untuk operasi mesin bubut dapat diklasifikasikan

Straight turning tool, facing, cut off, threading dan form tool

1. Roughing straight turning straight shank tool

2. Finishing straight turning tool with a nose radius

3. Facing tool

4. Cut off tool

5. Boring tool

6. Threading tool for external thread

Pengoperasian mesin bubut yang penting

Turning work held in achuck

Benda kerja dengan panjang L < 4d cukup bisa di clamp pada chuct tampa penahan tambahan ( rest )

Turning between centres

Benda kerja dengan length to diameter ratio L/D > 4 untuk menghindari lendutan benda kerja yang cukup besar maka benda kerja disamping di clamp oleh chuck, ujung benda kerja lainnya pada bagian centernya ditahan dengan ujung tail stock.

Bila benda kerja sangat panjang ( L/D >10 ) antara dua senter benda kerja dipasang rest

Cara Pembuatan ulir

Macam-macam ulir:

1. Ditinjau dari jumlah alurnya dapat dibagi menjadi 3 macam

1. Ulir tunggal dimana ulir yang terbentuk ada satu jalur. Dapat digambarkan seutas tali dililitkan sepanjang suatu slinder

2. Ulir ganda dimana ulir yang terbentuk ada dua alur. Dapat digambarkan dua utas tali yang dililitkan pada suatu silinder

3. Ulir triple dimana ulir yang terbentuk ada tiga alur. Dapat digambarkan tiga utas tali tang dililitkan pada suatu silinder.

4. Menurut Arah ulir

- arah kanan dimana arah ulir mengikuti arah gerakan jarum jam

- arah kanan dimana arah ulir mengikuti lawan arah gerakan jarum jam.

3 Menurut profil penampang ulir

1. Ulir segi tiga

2. Ulir segi empat

3. Ulir trapezium

4. Ulir gigi gergaji

5. Ulir bulat

4 Menurut jarak jarak gang

1. Ulir metris dimana jarak antar gang ulir diukur dalam satuan mm( mm/gang)

2. Ulir British ( With worth ) dimana dalam jarak satu inch ( 1 ” ) dibuat berapa gang ulir ( jumlah gang / inch).

Cara pembuatan ulir ada tiga cara

1. Dengan tangan ( manual ) dimana untuk membuat baut dengan cara threading dan untuk membuat nut ( mur ) dengan cara taping

2. Dengan tempa ( pres )

3. Dengan mesin , salah satunya dengan mesin bubut

Cara mebuat ulir dengan mesin bubut

Didalam pembuatan ulir dengan menggunakan mesin bubut harus menyesuaikan jarak ulir dengan gearing ratio pada quick change gear quadrant.

Kalau disederhanakan gearing diagram pada pembuatan ulir seperti gambar diatas dimana lead screw yang menggerakkan cutting tool melalui Change gear quadrant dan Quick change gear box ( gigi a,b, c dan d )

Bila ;

tth = pitch( jarak ulir ) dari ulir yang dibuat

tls =pitch dari thread dari lead screw

icg = gearing ratio Change gear quadrant dan Quick change gear box

icg = a/b x c/d

Dimana :

tth = tls .icg

tth / tls = icg = a/b x c/d ( a,b,c,d menunjukkan jumlah gigi)

Contoh1:

Didalam pembuatan ulir dengan menggunakan mesin bubut dimana ukuran ulir lead screw pada mesin tersebut 11 gang / inch. Bila ulir yang dibuat 20 gang / inch pilih roda gigi yang sesuai pada Change gear quadrant dan Quick change gear box yang sesuai untuk membuat ulir tersebut.

Bila ulir lead screw pada mesin bubut mempunyai ukuran ulir 11 gang / inch maka

jarak gang ulirnya (tls ) =1/11 “

Ulir yang akan dibuat mempunyai ukuran ulir 20 gang / inch, maka jarak gang ulirnya

(tth) =1/20”

icg = a/b x c/d = “tth / tls = 1/20”/ 1/11

icg = 11/20

sehingga susunan roda gigi bisa menggunakan :

a; 11, 22, 33, 44

b: 20, 40, 60, 80 dan dipilih c dan d sama ( sembarang roda gigi )

Contoh 2:

Bila ulir yang dibuat dengan jarak gang ulir(tth) =0,2 mm/gang, metris).Mesin yang di gunakan untuk membuat ulir seperti pada contoh 1, Pilih roda gigi yang sesuai pada Change gear quadrant dan Quick change gear box yang sesuai untuk membuat ulir tersebut.

tth / tls = 0,2mm/ 1/11 “ = 0,2 / (2,54/11)

= (0,2 .11)/2,54 = 11/127 = 55/127 X 20/100

Sehingga susunan gigi bisa dipilih:

a : 55, b:127, c:20 dan d: 100

( roda gigi b; 127 merupakan roda gigi konversi dari ulir lead screw britis keulir yang dibuat metris atau sebaliknya).

Proses Drilling

Drilling secara umum digunakan untuk membuat lubang tembus atau lubang buntu ( blind hole) yang baru atau untuk membesarkan lubang dari suatu benda kerja yang dilakukan pada mesin drill.

Macam-macam mesin dril

1. Hand drill : mesin drill jenis ini tenaga putar sepenuhnya diperoleh dari tangan dan gaya dorong diperoleh dari tekanan dada

2. Electrical hand drill : mesin drill jenis ini tenaga putarnya diperoleh dari motor listrik, sedang gaya dorong diperoleh dari tangan

3. General purpose machine

4. bench type drilling machine

5. up right drilling machine

6. radial drilling machine

7. single porpose machine : semi automatic dan automatic drilling machine

Keterangan :

1 dan 2 helical fluts: untuk membantu mengeluarkan chips

3 dan 4 + margins: untuk mengurangi gesekan antara drill dan dinding lubang

5 dan 6 cutting edges atau lips

7 web atau chisel edge

8 relief surface

Parameter utama dari proses drilling

1. The cutting speed ( V ) :. Kecepatan keliling ( putar) dari suati titik pada cutting edge dari drill di bagian terjauh dari sumbu drill.

Dirumuskan:

V = πDn /1000 ( m/menit ) ( D : diameter drill )

Besarnya n ( rpm ) dari drill tergantung dari:

1. Type dari bahan benda kerja

2. Type dari bahan drill

3. Cutting speed yang direkommendasi dari pabrik pembuat drill

Formula : ( S I dan metric System )

RPM = C S /πD (m/menit)/ (m)

C S :cutting speed ; D: diameter drill

Contoh : tentukan RPM yang sesuai untuk proses drill dengan diameter lubang 15 mm dengan menggunakan bahan drill HSS dengan CS :18

RPM = C S / πD = 18/π.0,015 = 282 RPM

Cutting speed ( V ) merupakan salah satu parameter paling penting yang mempengaruhi umur pahat ( drill)

V yang terlalu tinggi berdampak pada cutting edge yang cepat tumpul yang harus di regrinding

V yang terlalu rendah yang berdampak mudah patahnya drill

Besarnya V tergantung pada+

1. Jenis dan kekerasan bahan benda kerja

2. Diameter dan bahan benda kerja

3. Dalamnya lubang

4. Type dan kondisi penekanan drill

5. Effisiensi dari cutting fluid yang digunakan

6. Ketepatan dan kualitas pekerjaan

7. Rigidity pada setup benda kerja

8. The depth of cut ( t) pada drilling : D/ 2 ( D diameter drill mm)

9. Feed : jarak majuny a drill kedalam benda kerja setiap putaran

10. Gaya thrust ( axial) :Fo dapat dihitung dengan rumusan impiris:

1. Untuk baja : Fo = C1. D. s0.7 ( Kg)

Baja dengan σb C1 = b4,7

2. Untuk besi cor Fo = C2 D s0.8

Besi cor untuk BHN 190 C2 = 60,5

3. Power (daya ) Nc yang di butuhkan didalam drilling ditentukan pada cutting resistance torque (Mt) dan drilling speed n

Nc = Mt n/( 716.2 x 1000x1,36) (KW

Note: 716,2 : factor untuk konversi Kg-m / sec kedalam metric Hp dalamKg-m / sec kedalam metric Hp dalam gerakan putar

Momen torque ( Mt ) dapat dihitung dengan rumusan impiris:

Mt = C3 D1,9 s0,8

Untuk baja dengan σb=75 Kg/mm2 C3 = 33.8

Untuk besi cor dengan BHN 190 C3 = 23,3